ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / 6.Электротехника и
радиоэлектроника.
Горячев Н.В., Граб И.Д., Лысенко А.В., Юрков Н.К.
Пензенский государственный университет
ВЫБОР ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ УЧЕБНОГО
СТЕНДА ИКОС
Одной
из главных задач при проектировании стенда исследования теплоотводов [1]
интеллектуальной компьютерной обучающей системы (ИКОС) является выбор способа
измерения температуры и непосредственно элементов первичного преобразования–
температурных датчиков. Ниже приводится обоснование выбора температурного
датчика со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) типа DS1631 как элемента первичного преобразования информации
об измеряемой температуре исследуемого объекта.
При измерении температуры
объекта используется один из двух методов, контактный и бесконтактный
(неразрушающий). При контактных измерениях температуры поверхности тела
обычно применяют термопары, термометры сопротивления, датчики температуры со
встроенным (АЦП).
Термопары —
наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно
проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования
температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения.
Термопара состоит из двух различных проводников, одни концы которых соединены
между собой (спаяны, сварены, скручены и т. д.), а вторые — подключены к
измерительному прибору. Известна дифференциальная термопара, [2] это термопара которая
регистрирует разность температур между горячим и холодным спаями. Для различных
диапазонов измеряемых температур применяют следующие пары материалов: медно-константановая термопара, хромель-алюмелевая
термопара, хромель-копелевая термопара, платино-платиноиридиевая термопара.
Широко используются и другие пары материалов.
Серьезным недостатком
рассмотренных выше контактных способов измерения температуры является
необходимость введения датчика в контролируемую среду, в результате чего
происходит искажение исследуемого температурного поля. От этого недостатка
свободны пирометры – бесконтактные датчики, действие которых основано на
использовании излучения нагретых тел.
В современных электронных
измерительных системах, в том числе и научно-исследовательского назначения все
чаще используются датчики температуры со встроенным аналого-цифровым
преобразователем (АЦП). Эти датчики самостоятельно оцифровывают значение
температуры своего корпуса, и передают информацию в цифровом коде по
стандартному интерфейсу.
Классифицировать датчики
со встроенным АЦП удобно по выходному интерфейсу. Для цифровых интегральных
датчиков температуры распространёнными являются интерфейсы: 1-Wire (скорость обмена не более 125кбит/с) и двухпроводной
двухнаправленный интерфейс I2C
обеспечивающий последовательную передачу данных со скоростью до 400 кбит/с.
Итак, термопары
позволяют надёжно измерять температуру в достаточно широком диапазоне, но их
применение не лишено недостатков, в частности необходимо обеспечить надёжный
контакт с исследуемым объектом [2,3]. Дополнительно, применение контактных
термопар требует последующей обработки поступающего с них напряжения. Такая
обработка, как минимум, должна включать усиление напряжения и его оцифровку.
Этого недостатка лишены температурные датчики со встроенным АЦП. Эти датчики
содержат в себе устройства квантования аналогового сигнала содержащего
информацию о температуре исследуемого объекта, и один из стандартных
интерфейсов связи с другими микросхемами, в частности с управляющим
микроконтроллером. Безусловно, всех недостатков контактного способа лишены
пирометры. Однако эти приборы имеют температурный диапазон не полностью
совпадающий с требованиями технического задания на проектируемый комплекс. Как
справедливо замечено в исследовании [3], они слишком дороги для применения в
учебном оборудование, и нужной для исследования теплоотводов радиоаппаратуры
разрешающей способностью, обладают только модели пирометров верхнего ценового
диапазона. К тому же, как показывает много летний опыт авторов, для организации
эффективного изучения работы теплоотводов и систем охлаждения достаточно
возможностей цифровых интегральных датчиков температуры. Таким образом, для
применения в учебном стенде ИКОС можно рекомендовать контактный способ
измерения температур, основанный на использовании датчиков температуры со
встроенным АЦП. Для конкретной реализации подходят датчики типа DS1631
выпускаемые фирмой Maxim Integrated Products [4].
Литература
1. Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей
элементов конструкций РЭС / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко,
Андреев П.Г., Трусов В.А. // Надёжность и качество. Труды
международного симпозиума / Под ред. Н.К. Юркова. – Пенза : Изд-во Пенз. гос.
ун-та. - 2008. - С. 162-164
2. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной
аппаратуре: Учебник для вузов по спец.
"Конструир. и произв. радиоаппарартуры". - М.: Высш. шк., 1984. - 247 с.
3. Горячев Н.В. Применение контактного способа измерения
температуры в учебном лабораторном стенде / Н. В. Горячев // Цифровые модели в
проектировании и производстве РЭС : межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. проф. Н.
К. Юркова. – Пенза : Изд-во ПГУ. - 2011. - Вып. 16. - С. 69-73.
4.
DS1631, DS1631A, DS1731 High-Precision Digital Thermometer and
Thermostat: [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/3241